LTE系統中PDCP子層功能研究

摘要：針對LTE系統的高數據速率和海量信息容量的特點(diǎn)，對分組數據匯聚協(xié)議(PDCP)在功能上進(jìn)行了改進(jìn)。對壓縮算法進(jìn)行了簡(jiǎn)化，支持完整性保護和加密(UMTS的加密在RLC的非TM模式和MAC的TM模式下實(shí)現)功能，分析了新的上下行數據傳輸方式以及在切換時(shí)的PDU重排序，最后設計了在OPNET中PDCP的具體實(shí)現方式。
關(guān)鍵詞：LTE；分組數據匯聚協(xié)議；OPNET；UMTS

0 引言
3GPP希望通過(guò)升級諸如HSDPA和HSUPA這樣的無(wú)線(xiàn)接口技術(shù)，來(lái)確保未來(lái)10年或者更長(cháng)的時(shí)間內，保持競爭能力。因此LTE長(cháng)期演進(jìn)主要是以降低時(shí)延、提高用戶(hù)數據速率、改善系統容量以及覆蓋，并且降低運營(yíng)商的成本為目標。為了實(shí)現這些目標，LTE系統設計涵蓋了無(wú)線(xiàn)接口和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構兩個(gè)方面。
本文研究的分組數據匯聚協(xié)議(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)層屬于無(wú)線(xiàn)接口協(xié)議棧的第二層，處理控制平面上的無(wú)線(xiàn)資源管理(RRC)消息以及用戶(hù)平面上的因特網(wǎng)協(xié)議(IP)包。在用戶(hù)平面上，PDCP子層得到來(lái)自上層的IP數據分組后，可以對IP數據分組進(jìn)行頭壓縮和加密，然后遞交到RLC子層。PDCP子層還向上層提供按序提交和重復分組檢測功能。在控制平面，PDCP子層為上層RRC提供信令傳輸服務(wù)，并實(shí)現RRC信令的加密和一致性保護，以及在反方向上實(shí)現RRC信令的解密和一致性檢查。

1 PDCP子層功能
PDCP子層的主要功能如圖1所示。

PDCP協(xié)議包括以下具體支持的功能：
(1)用戶(hù)平面數據的報頭壓縮和解壓縮。
(2)安全性功能：
①用戶(hù)和控制平面協(xié)議的加密和解密；
②控制平面數據的完整性保護和驗證。
(3)數據的傳輸功能：
①下層重建時(shí)，對向上層發(fā)送的PDU順序發(fā)送和重排序；
②對映射到AM模式的RB的下層SDU進(jìn)行重排序。
(4)數據包的丟棄。
1．1 報頭壓縮
在LTE系統中，規定PDCP子層支持由IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組)定義的健壯性報頭壓縮協(xié)議(ROHC)來(lái)進(jìn)行報頭壓縮。在LTE中，因其不支持通過(guò)電路交換域(CS)傳輸的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，為了在分組交換域(PS)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)且接近常規電路交換域的效率，必須對IP／UDP／RTP報頭進(jìn)行壓縮，這些報頭通常用于VoIP業(yè)務(wù)。
典型的，對于一個(gè)含有32 B有效載荷的VoIP分組傳輸來(lái)說(shuō)，IPv6報頭增加60 B，IPv4報頭增加40 B，即188％和125％的開(kāi)銷(xiāo)。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，在LTE系統中，設定在激活周期內PDCP子層采用ROHC報頭壓縮技術(shù)，在壓縮實(shí)體初始化之后，這一開(kāi)銷(xiāo)可被壓縮成4～6個(gè)字節，即12．5％～18．8％的相對開(kāi)銷(xiāo)，從而提高了信道的效率和分組數據的有效性。